Целью данной курсовой работы является проектирование системы голосовой радиопочты, предназначенной для объединения в единую сеть мобильных терминалов с целью доставки речевых сообщений другим пользователям сети в пределах ограниченной территории.

 

    Основные требование к системе:

    - off-line доставка сообщений: при отсутствии адресата сообщение должно быть доставлено позже;

    - возможность доставки голосовых сообщений абонентам других подобных сетей.

    Исходные данные к проекту:

               - Максимальное количество абонентов в сети: 2000;

               - Радиус зоны радиопокрытия: 15000 м;

               - Гарантируемая (минимальная) скорость передачи данных: 128Kбит/с;

               - Тип местности: городская застройка;

               - Вероятность ошибки на бит Pb: 3*10-7;

               - Мощность излучения подвижной станции Ризл : < 1 Вт;

               - Рекомендуемая технология передачи: OFDM;

               - PR: 70%;

               - Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.

 

 

1.1. Интерпретация назначения сети в виде произвольного прикладного решения в контексте заданной темы. Формализация телекоммуникационной услуги на основании анализа отношений "пользователь-сеть", схематизация отношений. Задачи служб уровня приложения пользователя.

 

     В качестве произвольного прикладного решения в контексте данной задачи можно предложить вариант использования данной сети в качестве социальной. Так как по ТЗ количество абонентов ограничено, пусть это будет закрытая социальная сеть для общения студентов университета между собой. Таким образом, сеть, например, РГРТУ, будет обеспечивать обмен голосовыми сообщениями между студентами в пределах нашего города. Другими же подобными сетями могут обладать другие университеты города. Все сети будут объединены общим почтовым сервером, который берет на себя функции хранения, управления доставкой сообщений, авторизации пользователей.

     Данная радиосеть предназначена для адресной доставки подготовленных речевых сообщений пользователям сети. Управляемыми объектами сети являются терминалы пользователей, а основной задачей сети передача данных. Предполагаемая архитектура сети представлена на рис. 1.

     Для реализации данной сети необходимо наличие заданного количества терминалов, базовой станции и почтового сервера.

     Основной задачей терминала пользователя является обеспечение взаимодействия: пользователь ↔ сеть ↔ пользователь.

     Основной задачей базовой станции (далее по тексту БС) является предоставление терминалам пользователей беспроводных каналов связи, предназначенных для обмена данными.

      Почтовый сервер (далее по тексту ПС) должен осуществлять коммутацию информационных потоков, и организовывать направление сообщений от одного пользователя к другому. Также ПС располагает информацией о зарегистрированных абонентах и их активности; содержит в себе информационное хранилище, предназначенное для отложенной доставки сообщений (off-line доставки).

     В данном случае большинство задач, связанных с записью и обработкой речевых сообщений берет на себя терминал пользователя (записывает речевое сообщение, фрагментирует и кодирует его), таким образом полностью подготавливая его к передаче.  Такое решение позволит более рационально использовать радиоресурс, так как передача уже подготовленных данных не требует организации сквозного речевого канала.   

Рисунок 1. Предполагаемая архитектура сети.

 

    БС в широковещательном режиме передает параметры сети, с целью обозначения себя для терминалов. При регистрации в сети, каждому терминалу присваивается индивидуальный идентификатор. ПС формирует список зарегистрированных абонентов и с помощью этого списка отслеживает их активность. Если терминал уже зарегистрирован в сети, то ПС осуществляет аутентификацию, и пользователь входит в сеть. Если же пользователь до настоящего момента не был зарегистрирован в сети, то он должен пройти регистрацию, при которой ПС присвоит терминалу индивидуальный идентификатор для доступа к сети и внесет его в список зарегистрированных пользователей.

      Допустим один из терминалов хочет передать аудио сообщение. Для этого пользователь входит в приложение (авторизуется в сети) и записывает аудиосообщение, которое сохраняется в памяти терминала. После записи сообщения пользователь выбирает адресата из списка контактов в приложении. В этот момент терминал отправляет запрос на передачу. При подтверждении запроса сообщение передается на ПС и сохраняется в информационном хранилище. ПС исходя из списка зарегистрированных абонентов проверяет активность терминала получателя (наличие терминала получателя в сети). Если адресат находится в сети, то ПС посредством БС передает сообщение адресату. Если же терминал получателя «не в сети», то передаваемое сообщение остается в информационном хранилище до момента появления терминала получателя в сети. При желании отправитель может запросить отчет о доставке сообщения.

          Таким образом, при взаимодействии «пользователь - сеть» терминал пользователя сначала записывает аудио сообщение, после запрашивает у сети услугу (передачу подготовленного голосового сообщения), ждет реакции сети (подтверждения его права пользоваться данной сетью). Далее терминал передает сети параметры передаваемого сообщения (адрес получателя, размер сообщения и количество фрагментов и др.). Зная параметры сообщения, ПС посредством БС подготавливает и выделяет ресурс для его передачи адресату и уведомляет терминал о том, что канал передачи организован. Терминал в свою очередь, получив уведомление об организации канала, передает уже подготовленное сообщение на ПС. ПС в свою очередь в зависимости от активности терминала получателя принимает решение либо об отправке сообщения адресату, либо об его хранении в информационном хранилище до востребования.

     Рассмотрим подробнее взаимодействие «пользователь - сеть» (т.е. детализируем их отношения). Основная задача данной сети – адресная доставка сообщений, следовательно, взаимодействие пользователя с сеть на этом уровне можно представить, как на рис. 2.

Рисунок 2. Первый уровень детализации.

 

     Для рассмотрения следующего уровня детализации, необходимо определить то, как будет происходить взаимоотношения между пользователем и сетью.

      Терминал пользователя посылает заявку на передачу голосового сообщения на ПС, и на основании данных об активности абонентов сервер либо организует передачу сообщения получателю, либо сохраняет его до появления адресата в сети.

      Таким образом, взаимоотношения между пользователем и сетью и на втором уровне детализации будут иметь вид, представленный на рис. 3.

Рисунок 3. Второй уровень детализации.

 

     Третий уровень детализации (рис. 4) предусматривает наличие различных служб и интерфейсов. Служба записи аудио сообщений обеспечивает запись сообщения в память терминала. Службы управления соединениями и доставки сообщений обеспечивают пользователю представление телекоммуникационной услуги. При взаимодействии служб установления соединения терминала пользователя и БС происходит обмен служебными и информационными сообщениями, необходимыми для правильного функционирования сети.  Взаимодействие пользователя и служб в оборудовании пользователя происходит посредством приложения, имеющего пользовательский интерфейс. Приложение должно иметь функцию записи голосового файла и сохранения его в памяти устройства для дальнейшего использования в приложении.  

Рисунок 4. Третий уровень детализации.

 

      На четвертом уровне детализации (рис. 5) осуществляется организация радиоканала, посредством которого реализуется взаимодействие служб оборудования пользователя, БС и сервера. Для это с помощью радиотерминалов БС и терминала пользователя организуется радиоканал.

Рисунок 5. Четвертый уровень детализации.

     Взаимодействие между всеми терминалами сети и БС осуществляется по радиоканалу.

В процессе работы сети между терминалами, БС и сервером имеет место обмен служебными и информационными сообщениями. Служебные сообщения служат для организации работы сети; должны содержать информацию о параметрах сети, абонентах сети, периодическое подтверждение активности терминала, а также информацию о получателе и отправителе сообщения. Информационные сообщения содержат в себе данные, которыми обмениваются пользователи.

1.2. – 1.3. Пояснение сеанса предоставления телекоммуникационной услуги, анализ параметров сеанса, формализация требований к качеству соединения и объему требуемых ресурсов. Характеристика информационного трафика в прямом и обратном направлениях передачи: вид трафика, производительность или предполагаемый объем сообщений и т.п. Обоснование предполагаемой архитектуры радиосети, описание ключевых звеньев доставки сообщений. Пояснение модели выполнения телекоммуникационной задачи на примере многозвеньевой схемы взаимодействия элементов сети.

 

     Как говорилось ранее предполагаемая архитектура сети (рис. 1) состоит из БС, ПС и множества терминалов абонентов. Обмен сообщениями внутри сети осуществляется через БС. БС реализует большинство функций сети, то есть реализует передачу сообщений между терминалами, сбор статистики активности абонентов и передачу этой информации на сервер. Соответственно терминал обрабатывает речевые сообщения и готовит их к передаче.

    Взаимодействие всех объектов сети осуществляется с помощью единого набора правил передачи сообщений – радиоинтерфейса.

     В обоих направлениях передачи сообщения (Т – ПС, ПС – Т) передается служебный и информационный трафик. Информационный трафик содержит аудиосообщения пользователей, которые передаются по сети с гарантируемой скоростью 128 Кбит/с, а служебный трафик содержит в себе запросы на предоставления услуги, ответы ПС на запросы терминалов, информацию о параметрах сети, статистику активности абонентов и др.

     Разберем подробнее сеанс передачи сообщения (рис.6). Когда пользователь хочет отправить аудиосообщение, он должен с помощью своего терминала войти в приложения и авторизоваться в сети (т. е. при входе в приложение терминал посылает запрос на услугу в сеть, и, если терминал зарегистрирован в сети, БС отправляет на терминал сообщение о разрешении доступа к сети). Далее пользователь записывает аудиосообщение, которое сохраняется в память терминала. После этого сообщение отправляется на ПС и записывается в его информационную подсистему. После записи сообщения в информационной подсистеме сервер проверяет статистику активности абонентов, чтобы понять активен ли терминал получателя и принять решение о передаче сообщения, либо об отложении передачи сообщения.

     Если терминал получателя активен, то сервер принимает решение о передаче сообщения получателю и посылает запрос на терминал получателя, о том, что для него есть сообщение. Если терминал получателя способен принять сообщение, то он сообщает сети о своей готовности принять сообщение, после чего осуществляется передача; если терминал получателя в данное время не способен принять сообщение, то сервер принимает решение отложить отправку на промежуток времени, предусмотренный протоколом передачи сообщений (интервал времени Т). Сервер будет посылать запрос на прием сообщения через интервал Т до тех пор, пока терминал получателя не будет способен принят сообщение.

     Если терминал получателя не активен, то сервер будет хранить сообщение в информационной подсистеме, до тех пор, пока терминал получателя не станет активен в сети и не примет сообщение.

     После того, как терминал получателя принял сообщение он отправляет сообщение на сервер: «Сообщение принято». При необходимости отправитель может запросить отчет о доставке сообщения.

 Рисунок 6.  Многозвеньевая структура взаимодействия объектов и сети.

 

 

1.4. Формулирование и пояснений стратегии поведения сетевых объектов, веденных в п.1.3. Обоснование требований к функциональному составу сетевого терминала и командного узла.

 

Сценарий взаимодействия терминал с БС происходит следующим образом:

 

·        Терминал посылает запрос на регистрацию в сети с целью предоставления услуги;

·        БС принимает этот запрос и передает его на ПС;

·        Служба проверки доступа к сети проверяет имеет ли пользователь право на регистрацию в этой сети;

·        Служба проверки доступа передает команду службе предоставления доступа о проведении регистрации в сети в том случае, если пользователь имеет право на регистрацию в сети;

·        На основании полученных команд службы предоставления доступа ПС посылают терминалу сообщение с параметрами регистрации в сети и сообщение службам канального уровня БС об организации логического соединения с указанным пользовательским терминалом;

·        После установления логического соединения терминал получает возможность передать сообщение на почтовый сервер с целью дальнейшей его доставки другому пользователю, т. е. устанавливается физическое соединение;

·        Терминал передает сообщение на ПС, где оно сохраняется в информационной подсистеме;

·        ПС производит проверку активности адресата на основании списка активности абонентов, хранящегося в информационной подсистема сервера, если терминал неактивен, то передача сообщения откладывается на некоторый промежуток времени (согласно протоколу передачи сообщений);

·        Окончание сеанса связи происходит после приема получателем пользовательского сообщения.

 

Таким образом, исходя из сценария взаимодействия

Терминал:

1)    Обнаружение сети.

2)    Запрос услуги.

3)    Выполнение сценария запроса услуги.

Базовая станция:

1)    Заявление о себе (широковещательные сообщения с параметрами сети).

2)    Подготовка сессии передачи данных, организация транспортного соединения.

3)    Передача сообщения по транспортному соединению; сообщение фрагментируется, фрагменты нумеруются и в виде блоков данных последовательно передается по соединению. Если же получатель сообщения «не в сети», то сообщение хранится в информационной системе сервера до востребования.

4)    Завершение сеанса, освобождение ресурсов.

Почтовый сервер:

1)    Обработка заявки на регистрацию в сети.

2)    Обработка заявок на предоставление услуги.

3)    Принятие решение о передаче сообщения на основании информации об активности абонентов.

 

 

 

На сетевой терминал возлагаются следующие задачи:

·        Прием радиосигналов, содержащих сообщения от базовой станции в назначенной полосе частот с заданной скоростью.

·        Обеспечение достоверности принимаемых сообщений не хуже заданного.

·        Передача базовой станции радиосигналов, содержащих служебные сообщения: запрос на регистрацию в сети, предоставление канала связи для передачи голосового сообщения.

·        Обеспечение взаимодействия с оборудованием пользователя.

В соответствии с рассмотренными задачами структурная схема радиотерминала имеет вид, представленный на рис. 7:

Рисунок 7. Структурная схема радиотерминала.

     Радиомодуль обеспечивает выполнение приема и передачи сообщений с достоверностью, не хуже заданной; также здесь осуществляются операции перемежения/деперемежения, помехоустойчивого кодирования/декодирования, модуляции/демодуляции.

     Информационная система в составе терминала предназначена для хранения списка контактов сети и полученных сообщений в случае необходимости (т. е. если пользователь сам решает их сохранить для дальнейшего использования).

     Интерфейс обеспечивает пользователю комфортное использование приложения.

     Устройство управления обеспечивает выполнения всех задач терминала и его корректную работу. Также осуществляет функцию управления терминалом и определяет сценарии взаимодействия терминала с другими узлами сети.

 

На почтовый сервер возлагаются следующие задачи:

·        Прием радиосигналов, содержащих сообщения от базовой станции в назначенной полосе частот с заданной скоростью.

·        Обеспечение достоверности принимаемых сообщений не хуже заданного.

·        Передача базовой станции радиосигналов, содержащих служебные сообщения: разрешение на регистрацию в сети, на предоставление канала связи для передачи голосового сообщения.

·        Принятие решения об отправки сообщения получателю.

·        Хранение данных о зарегистрированных абонентах и их активности.

В соответствии с рассмотренными задачами структурная схема почтового сервера имеет вид, представленный на рис. 8:

На базовую станцию возлагаются следующие функции:

·        Прием/передача радиосигналов, в назначенной полосе частот с заданной скоростью.

·        Прием служебных сообщений от ПС, содержащих информацию о выделении канального ресурса для организации транспортного соединения.

·        Организация транспортного соединения.

В соответствии с рассмотренными задачами структурная схема почтового сервера имеет вид, представленный на рис. 9:

Рисунок 9. Функциональный состав БС.

     Радиомодуль – аналогично БС.

     Модуль управления осуществляет выделение канального ресурса для организации транспортного соединения.

                   Литература:

                 1.  Бакке А.В. «Лекции по курсу ССПО»

              2.  http://omoled.ru/publications/view/959

              3.  Архитектура сетей: http://sernam.ru/book_icn.php?id=5